[发明专利]一种微小型无人直升机双余度自主飞行控制系统

权利要求书

1.一种微小型无人直升机双余度自主飞行控制系统，其特征在于：它包括机载控制系统与地面遥控遥测系统两部分，机载控制系统采集直升机飞行数据，根据飞行控制算法控制无人直升机按预定科目飞行，并将飞行数据以及算法结果通过机载控制系统中的机载数传电台发送至地面遥控遥测系统；地面遥控遥测系统接收机载控制系统发送的数据，通过地面站显示，供地面实验人员了解直升机飞行与控制状态，并实时的由地面站上传控制指令，调节和更改直升机飞行科目和控制状态；

所述机载控制系统，是由硬件部分与软件设计组成，硬件部分按软件设计的工作流程完成数据的收集、解析，控制律的计算、输出，以及与地面站的通信工作；该硬件部分由主控计算机、备份计算机、机载传感器组、机载转接板、遥控信号接收机、数字舵机组以及机载数传电台组成；主控计算机通过其软件程序，通过串行通讯接口采集机载传感器组的飞行状态信息和备份计算机发送的应急遥控器信息，计算飞行控制律得到控制量输出，之后通过串口向备份计算机发送控制量信息以及自身工作状态，同时经串口通过机载数传电台向地面遥控遥测系统发送飞行状态信息以及控制信息；备份计算机通过其软件程序，控制计算机通过串口向主控计算机发送应急遥控器发送的遥控信号，并得到主控计算机发送的控制量以及主控计算机工作状态，判断主控计算机是否正常工作，若工作正常，则生成主控计算机控制量发送至数字舵机组控制直升机自主飞行，若主控计算机工作不正常，备份计算机则忽略主控计算机传送的控制量，转而自主采集差分GPS信号，运行应急飞行控制律，控制直升机安全悬停或自主降落；该主控计算机采用MPC8313芯片；该备份计算机采用TMS320DSP28**系列芯片；该机载传感器组是由惯性导航单元、激光高度计和差分GPS组成，分别用来测量直升机飞行姿态、高度以及位置，该惯性导航单元采用MTI-G组合惯导单元、该激光高度计采用LT7激光距离传感器，该差分GPS采用Oemstar差分GPS模块；该机载转接板包含信号转换模块和电源模块，其中信号转换模块用来转移/转换各输入输出信号，电源模块用来给机载各部分提供电源；该信号转换模块是在neboard网口转串口模块基础上自主开发设计的信号转换，分发，选择模块；该电源模块由12V转5V，5V转3.3V两部分组成；该遥控信号接收机是Futaba八通道遥控器接收机；该数字舵机组是4个Futaba9255电动舵机和1个9254电动舵机；该机载数传电台采用的是Xtend数传电台；

所述地面遥测遥控系统，是由硬件部分与软件设计组成，通过硬件部分与机载控制系统进行通信，接收/发送遥控遥测信息；装载于地面站计算机的软件设计了地面操作人员遥控遥测界面，解析并显示直升机飞行状态，同时地面操作人员可通过地面站软件上传飞行任务、控制策略及参数遥控信息；该硬件部分由地面设备和地面数传电台组成，地面设备由地面站计算机、差分GPS地面基准站、应急遥控器以及地面供电模块组成，地面站计算机由其上装载的地面站软件，通过地面数传电台接收机载主控和备份计算机发送的直升机状态信息以及控制信息，根据地面人员指令，将上述数据存储于地面站计算机内；地面站计算机设置飞行任务，包括航点设置及航线设置，另外随时向机载控制系统发送控制律选择、控制律参数更新以及控制模式选择命令，差分GPS地面基准站通过地面数传电台向机载控制系统中的差分GPS发送校准信息，从而得到相对准确直升机位置及速度信息，当差分GPS地面基准站与机载控制系统通信中断时，不影响机载控制系统中的差分GPS设备工作，得到的直升机位置及速度信息转变为单点模式；该地面站计算机是笔记本计算机，操作系统是基于Linux内核的操作系统以配合其上的地面站软件；该差分GPS地面基准站是与机载控制系统中的差分GPS配对的Oemstar模块，并设置为基准模式；该应急遥控器是Futaba八通道以上遥控器；该地面数传电台是与机载数传电台配对的Xtend数传电台；该地面供电模块是12V转5V电源模块，为地面设备供电。